在PIC18单片机中使用BootLoader在线升级

3 BootLoader程序的改进

　　（1） HI-TECH的BootLoader程序中存在的缺陷

　　虽然HI-TECH版本的BootLoader程序已经很方便了，具备了所有必需的基本要素；但是程序中存在着一些缺陷，甚至是很重大的隐患，不太适合于直接使用在实际工程中。下面是主要存在的几个问题

　　①BootLoader是以从串口上接收任何数据为标志进入BootLoader状态的。进入BootLoader状态后，BootLoader程序做的第一件事情就是擦除以前程序的空间。如果在实际使用中，单片机因为某种意外原因被复位，而且复位后运行BootLoader时在串口上有任何数据（如干扰信号或者系统正处于串口通信状态），就会造成用户程序的丢失。

　　② BootLoader程序中没有使用看门狗。如果升级失败或者升级过程中程序死机，将不能恢复到初始的升级状态。这对于直接串口连接的方式问题不大，但是需要使用远程升级时是一个致命的问题。
　　③ 在写入用户程序过程中如果出现数据错误，就会复位，而这时用户程序已经被部分写入了。如果复位后运行BootLoader程序没有收到信号时，会启动用户程序。这样残缺的用户程序就可能会造成运行故障和不可预料的结果。如果看门狗是在用户程序中打开的，这时就有可能出现看门狗没有被启动而死机的现象，这是远程升级中一个严重的问题。
　　
　　 ④ BootLoader程序中允许写EEPROM和芯片配置字。虽然这样增加了灵活性，但是这样是不安全的。如果配置字不小心设置错了，下载后会使整个芯片不能正常运行。这时需要重新用编程器修改配置字才行。?

　　只有设法克服上面提到的缺陷，才能将BootLoader程序应用到实际系统中。

　　（2） 对HI-TECH的BootLoader程序的改进

　　针对上面提到的问题，对HI-TECH的BootLoader作了一些修改，删除了部分很少用到的功能和不安全的功能，同时修改了进入BootLoader状态的判断条件。除了使用增强的串口数据识别方式外，还增加了电平检测的方式，用来判断是否进入BootLoader状态。

　　 ① 针对上面第一项中的问题，修改为识别特定字符串才可以进入BootLoader的升级状态。特定字符串的内容和长度可以由用户自己定义（长度不能超过12字节。在一般情况下，12字节的识别字符串应当足够长了）。可以使用任何数据（包括0）。

　　 ② 增加了特定引脚电平判断方式，在BootLoader程序运行后，判断某个特定的引脚上的电压是否是预定的电压，由此决定是否需要进入BootLoader升级状态。引脚和预定电压（高/低）可以自由设置。这种方式比较安全，但是不太适合于远程升级。

　　 ③ 增加了看门狗选项，可以设置使用/不使用看门狗。一般设置看门狗的溢出时间在0.5～2s比较合适。?

　　 ④ 增加了编程响应。在每成功接收到一行HEX数据后，发出一个回应字节，用于编程时的错误检测。PC端的下载程序可以根据这个字节来判断下载过程中是否出错。

　　 ⑤ 针对上面3(1)中③的问题，可以这样解决。将编译后的HEX文件手工稍作修改，将0x200～0x220（假设用户程序是从0x200开始的）地址段的数据从文件的开头移动到文件的结尾。这样0x200处的代码会在最后才写入单片机中。如果写入过程中出现故障，复位后即使BootLoader启动了用户程序，也会因为这段区域没有代码而重新复位，而不会去运行部分被写入的用户程序。不过这种方法需要对HEX文件的结构有一定的了解才行。一个简单判断HEX数据地址的方法是,HEX文件的每一行第一个字符是冒号“:”，冒号后的第3、4、5、6这四个数字就表示这一行数据的地址，是以十六进制表示的。如：“：100200...”就表示地址是0x200。在正常情况下，编译后的HEX文件数据是地址从低到高的顺序排列的。?

　　改进后的程序增加了一部分参数，它们是：
　　BOOT_SIGNAL——使用单片机引脚电平触发方式进入BootLoader；
　　BOOT_SIGNAL_PORT——定义电平触发启动方式检测用的引脚；
　　BOOT_SIGNAL_LEVEL——定义检测电平1=高电平触发，0=低电平触发；
　　BOOT_TIME_DELAY——使用超时方式进入BootLoader，这个参数和上面的BOOT_SIGNAL不能同时?使用；??
　　USE_EXTEND_HEX——是否接收扩展的HEX代码，不使用可以节省代码，建议不用；
　　USEWDT——是否在BootLoader中使用看门狗，建议使用；
　　CONFIRM_TIME——联机同步字节数，在超时方式中使用多字节进行同步；
　　CONFIRM_DATA——用户可定义的联机数据；?
　　USE_ECHOBACK——编程时是否回应，使用可以增加下载时的安全性，建议使用。

　　使用了BOOT_SIGNAL方式后，与超时方式相关的部分都不再起作用。这时可以定义使用任意引脚来判定是否需要进入BootLoader。在使用BOOT_TIME_DELAY(超时方式)时，增加了一些与之相关的内容，如CONFIRM_DATA，可以使用任何特定的字符串来确认是否需要进入BootLoader状态，增加了BootLoader程序的安全性，避免受到干扰而误进入程序升级状态。

　　（3） 其他改进的建议和方法

　　 ① HI-TECH的BootLoader程序接收的是标准的HEX文件。这在很多时候是不够安全的，不利于程序的加密，容易被反汇编和破解。可以对HEX进行加密处理，变成不能直接查看的数据。

　　 ② 使用超级终端进行程序下载速度比较慢,同时，如果下载中出现错误，超级终端程序不能及时发现停止下来，而是一直把文件发送完才能停下来。这时BootLoader程序会反复进入BootLoader状态，对单片机有一定的损伤。最好是自行编写一个计算机端的专用下载程序，不但可以提高下载的速度，也可以提高下载的成功率。

　　 ③ 使用RS422/485方式。有些时候，使用的并不是RS232串口，而是RS422/RS485串口。它们实际是类似的，只是在接口方式上有些区别。RS422/RS485需要控制发送，所以在BootLoader程序中增加一个发送控制就可以了。

　　 ④ 在BootLoader中，将波特率设置得很高并没有太大的用处，它并不能够提高下载整体的速度，而只能加快数据传输的速度。因为整个下载分为数据通信（数据传输）和Flash写入/擦除（数据等待）两个部分。程序代码Flash空间的擦除和写入速度是比较慢的（典型值是3～?4 ms），太快了反而容易丢失数据，造成下载失败。使用9600 bps的波特率时，传输1字节的数据大约是1 ms，接收一个缓冲区8字节大约需要8 ms，大于写入延时，所以不需要延时；当通信速率超过9600 bps时，接收8字节缓冲区的时间可能会小于写入时间，需要在通信中延时。实际使用的测试结果是：使用9600 bps比使用14 400 bps时慢50%，使用57 600 bps比9600 bps快一倍，而使用115 200 bps时与57 600 bps几乎没有任何区别。如果使用超级终端下载，就更没有必要设置高波特率了。因为在使用最常用的三线方式通信时（没有控制信号），超级终端采用了比较保守的方式发送数据，本身就比较慢。